平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平衡(heng)機是測量旋轉(zhuan)物體(轉(zhuan)子)不(bu)平衡(heng)量大小和(he)位置的機器。

任何轉子在圍繞其軸線旋轉時，由于相對于軸線的質量分布不均勻而產生離心力。這種不平衡離心力作用在轉子軸承上會引起振動，產生噪聲和加速軸承磨損，以致嚴重影響產品的性能和壽命。四平電機轉子(zi)、機床(chuang)主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和(he)鐘表擺(bai)輪等旋轉零部件(jian)在制造過程中，都需要(yao)經過平衡才能平穩正常(chang)地運轉。

根(gen)據(ju)平衡(heng)機測出的(de)(de)數據(ju)對轉(zhuan)子的(de)(de)不(bu)平衡(heng)量進行校正(zheng)，可(ke)改(gai)善轉(zhuan)子相(xiang)對于(yu)軸線(xian)的(de)(de)質量分(fen)布，使轉(zhuan)子旋轉(zhuan)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)(de)振動或作用于(yu)軸承上的(de)(de)振動力減(jian)少到允(yun)許的(de)(de)范圍(wei)之內。因此，平衡(heng)機是減(jian)小振動、改(gai)善性能(neng)和(he)提高質量的(de)(de)必不(bu)可(ke)少的(de)(de)設備。

通常(chang)，轉子的(de)平(ping)衡(heng)(heng)包括不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)和校(xiao)(xiao)(xiao)正兩個步驟，平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)主要用(yong)(yong)于(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)測量(liang)(liang)，而不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)校(xiao)(xiao)(xiao)正則往往借助于(yu)鉆床、銑床和點焊機(ji)等(deng)其(qi)他輔助設備，或用(yong)(yong)手工方法完成。有些平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)已將校(xiao)(xiao)(xiao)正裝置(zhi)做成為平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)一個部分(fen)。

重(zhong)力式平(ping)衡(heng)機(ji)和離心力式平(ping)衡(heng)機(ji)是(shi)兩類典型的平(ping)衡(heng)機(ji)。

1. 重(zhong)力式平衡機一(yi)般(ban)稱為靜(jing)平衡機。

它(ta)是依賴轉子自身的(de)重力作用來測量靜不(bu)平衡的(de)。

置(zhi)于兩根水平導(dao)軌上的(de)轉(zhuan)子如(ru)有不平衡量(liang)，則它對軸線的(de)重力矩使轉(zhuan)子在導(dao)軌上滾(gun)動，直至這個不平衡量(liang)處于更低位置(zhi)時才靜止。

被平衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)放在(zai)(zai)(zai)(zai)用靜壓軸承(cheng)支(zhi)承(cheng)的(de)(de)(de)支(zhi)座(zuo)上，在(zai)(zai)(zai)(zai)支(zhi)座(zuo)的(de)(de)(de)下面嵌裝一片(pian)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)。當(dang)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)不存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)不平衡(heng)(heng)量時，由光(guang)源射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)(shu)經此反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)反(fan)(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)(zai)(zai)(zai)不平衡(heng)(heng)量指示器(qi)的(de)(de)(de)極坐(zuo)標(biao)原點(dian)(dian)。如果(guo)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)不平衡(heng)(heng)量，則轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)支(zhi)座(zuo)在(zai)(zai)(zai)(zai)不平衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)重力矩作用下發生(sheng)傾斜，支(zhi)座(zuo)下的(de)(de)(de)反(fan)(fan)射(she)(she)鏡(jing)(jing)也隨之傾斜并使(shi)反(fan)(fan)射(she)(she)出的(de)(de)(de)光(guang)束(shu)(shu)偏轉(zhuan)，這(zhe)樣光(guang)束(shu)(shu)投在(zai)(zai)(zai)(zai)極坐(zuo)標(biao)指示器(qi)上的(de)(de)(de)光(guang)點(dian)(dian)便(bian)離開原點(dian)(dian)。根據這(zhe)個光(guang)點(dian)(dian)偏轉(zhuan)的(de)(de)(de)坐(zuo)標(biao)位(wei)置，可以得到不平衡(heng)(heng)量的(de)(de)(de)大小和位(wei)置。

重力式(shi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機僅適用于某些平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)要(yao)求不高的盤狀(zhuang)零件。對于平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)要(yao)求高的轉子，一般采(cai)用離心式(shi)單面(mian)或雙(shuang)面(mian)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機。

2. 離心式平衡機

離心式(shi)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)是(shi)在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)的狀態下(xia)，根據轉(zhuan)(zhuan)子(zi)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)引起的支承(cheng)(cheng)振動，或作用于(yu)支承(cheng)(cheng)的振動力來測(ce)量(liang)(liang)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。其按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的不(bu)(bu)同，可分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)只(zhi)能測(ce)量(liang)(liang)一個平(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上的不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng))，它雖(sui)然是(shi)在(zai)轉(zhuan)(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)(zhuan)時進行測(ce)量(liang)(liang)，但(dan)仍屬于(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)能測(ce)量(liang)(liang)動不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，也(ye)能分別測(ce)量(liang)(liang)靜不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)和(he)偶(ou)不(bu)(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，一般稱為動平(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。

離心力式平(ping)衡(heng)(heng)機按支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)特(te)性不同，又可分為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機和硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)高于轉(zhuan)子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻率的稱(cheng)為軟支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機。這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機的支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度小，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)(ce)出的信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振(zhen)動(dong)位移成正(zheng)比。平(ping)衡(heng)(heng)轉(zhuan)速(su)低於轉(zhuan)子(zi)一(yi)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)統固有頻率的稱(cheng)為硬(ying)支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)平(ping)衡(heng)(heng)機，這(zhe)種(zhong)平(ping)衡(heng)(heng)機的支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)剛度大，傳(chuan)感器(qi)檢測(ce)(ce)出的信(xin)號與支(zhi)(zhi)(zhi)承(cheng)(cheng)(cheng)的振(zhen)動(dong)力成正(zheng)比。

平(ping)衡(heng)機(ji)的(de)主要性能(neng)用最小(xiao)可達剩(sheng)余(yu)(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)，和不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)減少率(lv)兩項綜合指標(biao)表示。前(qian)者是(shi)平(ping)衡(heng)機(ji)能(neng)使轉子達到的(de)剩(sheng)余(yu)(yu)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)的(de)最小(xiao)值，它是(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)機(ji)更高平(ping)衡(heng)能(neng)力的(de)指標(biao)；后者是(shi)經過(guo)一(yi)次校正后所減少的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)與初(chu)始不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)之比(bi)，它是(shi)衡(heng)量(liang)(liang)平(ping)衡(heng)效(xiao)率(lv)的(de)指標(biao)，一(yi)般用百分數表示。

在現代機械中，由于撓性轉子的廣泛應用，人們研制出了撓性轉子平衡機。這類平衡機必須在轉子工作轉速范圍內進行無級調速；除能測量支承的振動或振動力外，還能測量轉子的撓曲變形。撓性轉子平衡機有時安裝在真空防護室內，以適合汽輪機之類轉子的平衡，它配備有抽真空系統、潤滑系統、潤滑油除氣系統和數據處理用計算機系統等龐大的輔助設備。
  根(gen)據大批量(liang)生產的(de)(de)(de)需要，對特定的(de)(de)(de)轉子能自(zi)(zi)動(dong)完成(cheng)平(ping)(ping)衡測量(liang)和平(ping)(ping)衡校正的(de)(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)平(ping)(ping)衡機(ji)，以及平(ping)(ping)衡自(zi)(zi)動(dong)線，現(xian)代已大量(liang)的(de)(de)(de)裝備在(zai)汽車(che)制造(zao)、電機(ji)制造(zao)等工業部門。

二. 平衡機常用術(shu)語解(jie)釋(shi)

1. 不平衡量

轉子某平面上不平衡量的量值大小，不涉及不平衡的角度位置。它等于不平衡質量和其質心至轉子 軸線的乘積，不平衡量單位是gmm或者gcm，俗稱“重徑積”。
2. 不平衡相位

轉子某平面上的不平衡質量相對于給定極坐標的角度值。
3. 不平衡度

轉子單位質量的不平衡量，單位是gmm/kg。在靜不平衡時相當于轉子的質量偏心距，單位為μm。
4. 初始不平衡量

平衡前轉子上存在的不平衡量。
5. 許用不平衡量

為(wei)保證旋轉(zhuan)機械正常(chang)工作所允許(xu)的轉(zhuan)子剩余不(bu)平(ping)衡量。該指(zhi)標(biao)用不(bu)平(ping)衡度(du)表示時(shi)，稱為(wei)許(xu)用不(bu)平(ping)衡度(du)（亦(yi)稱許(xu)用不(bu)平(ping)衡率(lv)）。

6. 剩余不平衡量

平衡校正后轉子上的剩余不平衡量。
7. 校正半徑

校正平面上校正質量的質心到轉子軸線的距離，一般用mm表示。
8. 校(xiao)正平(ping)面的干(gan)擾（相互影響）

在給定轉子某一校正面上不平衡量的變化引起另一校正平面上平衡機指示值的改變（有時稱為平面分離影響）
9. 轉子平衡品質

衡(heng)量轉子平(ping)衡(heng)優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉(zhuan)子平衡品(pin)質(zhi)，單位mm/s。

          從G0.4-G4000分11級。
          eper－轉子允許的不平衡率gmm/kg或轉子質量偏心距μm
          ω－相應于轉子更高工作轉速的角速度＝2πn/60≈n/10，n為轉子的工作轉速r/min
10. 轉子單位質量的允許不平衡度（率）
        eper＝G×1000/n/10 

         單位：gmm/kg或μm

11. 最(zui)小可達(da)剩余不平衡(heng)量（Umar）

最小可達(da)剩(sheng)余不平衡(heng)量（Umar）。單位(wei)是gmm。

其意義是指平衡機能使轉子達到的剩余不平衡量的最小值。是衡量平衡機更高平衡能力的性能指標。當該指標用不平衡度表示時，稱為最小可達剩余不平衡度。（單位gmm/kg）
12. 不平(ping)衡(heng)量減少率（URR）

經過(guo)一次(ci)平衡(heng)(heng)校正所減少(shao)的(de)不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量與(yu)初始不(bu)(bu)平衡(heng)(heng)量之(zhi)比值。它(ta)是衡(heng)(heng)量平衡(heng)(heng)機效(xiao)率的(de)性(xing)能指標，以百分數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
   ;    式中：U1－初始(shi)不平(ping)衡量(liang)            

U2－一次平衡校正(zheng)后(hou)的剩余不平衡量

13. 不平衡力偶干擾比(bi)

單面平衡(heng)機抑止不(bu)平衡(heng)力偶影響的性能(neng)指標(biao)。

轉子單位質量的不平衡量，單位是gmm/kg。在靜不平衡時相當于轉子的質量偏心距，單位為μm。
14. 校驗轉子

為校(xiao)驗平衡機性能而設計的剛性轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)。其質(zhi)量、大小、尺(chi)寸均有(you)規定，分立式和臥式兩種。立式轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)質(zhi)量為1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)質(zhi)量為0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)(ping)衡(heng)機從原理方(fang)面可以(yi)分為硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機、軟支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機、半硬支(zhi)承平(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 硬支承平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)(ping)衡(heng)轉(zhuan)速遠低于(yu)參振系(xi)統(tong)共振頻率的平(ping)(ping)(ping)衡(heng)機。平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校驗時(shi)，支承擺架相(xiang)對處于(yu)“硬”狀態，因此轉(zhuan)子可以在接(jie)近實際(ji)軸承條件下進行平(ping)(ping)(ping)衡(heng)校正。具有操作簡便(bian)、安全性能(neng)好的特點。

2. 軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)大于參振(zhen)(zhen)系統共振(zhen)(zhen)頻率的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)(ping)衡(heng)(heng)校(xiao)驗時(shi)，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺(bai)架相(xiang)對(dui)處(chu)于“軟”狀態，因此轉子校(xiao)驗平(ping)(ping)衡(heng)(heng)時(shi)。支(zhi)承(cheng)(cheng)條(tiao)件(jian)與(yu)實際軸(zhou)承(cheng)(cheng)工作條(tiao)件(jian)不同。具有(you)測量精度(du)高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機是平衡(heng)(heng)轉速在0.3~0.5倍參振系統共振頻率(lv)之間的平衡(heng)(heng)機。同時具有有硬支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機支(zhi)承(cheng)剛度高的特點(dian)，又有軟(ruan)支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)機精度高的優(you)點(dian)。

平(ping)(ping)衡(heng)機從(cong)應用(yong)方(fang)面(mian)分可分為立(li)式平(ping)(ping)衡(heng)機和(he)臥式平(ping)(ping)衡(heng)機；專用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機和(he)通用(yong)平(ping)(ping)衡(heng)機。

臥(wo)式平(ping)(ping)衡機(ji)是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸(zhou)在平(ping)(ping)衡機(ji)上(shang)呈水平(ping)(ping)狀態的平(ping)(ping)衡機(ji)。適用于(yu)有(you)轉(zhuan)軸(zhou)或可裝配工藝軸(zhou)的轉(zhuan)子，如機(ji)床主軸(zhou)、滾(gun)筒(tong)、風(feng)機(ji)、增(zeng)壓器、電機(ji)轉(zhuan)子、汽輪機(ji)等等。

立式平(ping)(ping)衡機是被平(ping)(ping)衡轉(zhuan)子的旋轉(zhuan)軸在平(ping)(ping)衡機上呈垂直(zhi)狀態下的平(ping)(ping)衡機。適用(yong)于轉(zhuan)子本身(shen)不具轉(zhuan)軸的盤(pan)狀工(gong)件如離合器、齒(chi)輪(lun)、風扇、壓盤(pan)及其總(zong)成、制動盤(pan)、風葉、水泵(beng)葉輪(lun)、汽車(che)飛輪(lun)、剎車(che)轂、皮帶(dai)輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等(deng)盤(pan)類零件。

通用(yong)平(ping)衡機是指能對(dui)形(xing)狀和支承(cheng)形(xing)式比較(jiao)規(gui)則的轉子進行動平(ping)衡的平(ping)衡機。通用(yong)平(ping)衡機操作簡單，效率也(ye)較(jiao)高。

專用平(ping)衡機是能對(dui)(dui)支承(cheng)形式和外觀與一般轉(zhuan)子不(bu)同的(de)轉(zhuan)子進行平(ping)衡的(de)平(ping)衡機，例如(ru)特別針(zhen)對(dui)(dui)發動機的(de)曲軸(zhou)，汽車的(de)傳動軸(zhou)進行設計的(de)平(ping)衡機。功能專一。  

四. 動平衡加工的方法

在平衡機的轉子進行動平衡測量后，可根據需要對轉子進行加重法和去重法的對轉子進行平衡加工：
1. 加重法

即在不平衡的相反方向配上校正重塊。常用的方式有焊接、錫焊、鉚接、擰螺釘、配加重塊等。
2. 去重法

即在不平衡(heng)方向(xiang)去(qu)處一定的重量。常用的方式有(you)：鏜削、鉆(zhan)孔、鑿削、銑(xian)削、磨(mo)削等。  

五. 平衡精度等級

考慮(lv)到技術的(de)先進性(xing)和經濟上的(de)合理(li)性(xing)，國際標準化組織(ISO)于1940年(nian)制定了世界公(gong)認的(de)ISO1940平(ping)衡(heng)(heng)等級(ji)(ji)，它(ta)將(jiang)轉(zhuan)子(zi)平(ping)衡(heng)(heng)等級(ji)(ji)分為(wei)11個級(ji)(ji)別，每(mei)個級(ji)(ji)別間(jian)以2.5倍(bei)為(wei)增量，從要求更高的(de)G0.4到要求更低(di)的(de)G4000。單位為(wei)公(gong)克×毫米(mi)/公(gong)斤(jin)(gmm/kg)，代(dai)表(biao)不平(ping)衡(heng)(heng)對(dui)于轉(zhuan)子(zi)軸心的(de)偏心距(ju)離。